バックアップベースの安全フィルタ：Backup CBF、モデル予測シールド、gatekeeperの比較レビュー

Abstract

本論文は、3つのバックアップに基づく安全性フィルタ――バックアップ制御バリア関数（Backup CBF）、モデル予測シールド（MPS）、ゲートキーパー――を統一された比較の枠組みによって再検討する。共通の安全性フィルタ抽象と共有された記法を用いることで、それらに共通するバックアップ方策の構造と、主要なアルゴリズム上の相違点の両方を明確にする。具体的には、フィルタが非アクティブとなる集合、すなわち公称方策がそのまま維持される状態を通して、3手法を比較する。特に、MPSがゲートキーパーの特殊な場合であることを示し、さらにゲートキーパーを、暗黙の安全集合におけるBackup CBFの非アクティブ集合の内部と関連づける。こうした統一的な視点は、バックアップに基づく安全性フィルタにおける保守性（conservatism）の主要な源泉も明らかにする。すなわち、安全性はしばしば、公称方策が引き続き安全に実行できるかどうかではなく、バックアップ操作の実行可能性によって評価される。本論文は、これらの手法間に存在する理論的なつながりと相違点を明確化する、簡潔なチュートリアル兼レビューとして意図されている。